超級金球納米耳機問世傾聽細菌和病毒“談話”

日期：2012-01-18 09:05:40

據國外媒體報道，一個直徑60納米的金球納米耳機成為有史以來最靈敏的收聽裝置，為細菌和其它微生物的無聲電影配音鋪平了道路。

德國慕尼黑大學的亞歷山大和他的同事們使金納米粒子懸浮在一滴水中，并從激光束中捕獲了一個球體，然后從另外一個激光設備向幾微米外的其它球體發射了快速脈沖。脈沖擊中納米粒子后，納米粒子對周圍水產生干擾，引發壓力或者聲波。

那些被激光捕獲的單一納米粒子隨后開始來回搖動，好像是對聲波做出反應。為了證實這種搖動不是簡單的由于水分子的隨機行為，研究人員改變了聲波的頻率。這些俘獲粒子每次都隨著頻率改變而改變。并且它的移動方向也對準了聲波的方向。這進一步證實了它對聲波做出了反應。

同樣在慕尼黑大學研究的團隊成員安德烈說：“這個微小的麥克風最低可收聽到負60分貝的聲音，這個分貝水平的百萬分之一才能被人耳所察覺，那樣使得納米耳機比任何收聽裝置都要靈敏。我們找不到任何其它聲音探測裝置能夠以如此高的靈敏度來探測聲波。”

研究人員稱這項技術在未來或許能夠讓我們傾聽那些極小的生物，其中包括細胞和病毒。進行這項研究同樣讓我們更多的了解細胞的機械特性和它們如何轉變成為病變細胞。

帕薩迪納市加州理工學院的楊長輝雖然不是團隊成員，但也支持這一觀點。他說：“在顯微鏡下已經觀察到活細胞的振動，但是卻沒有人能夠用麥克風記錄下它們的聲音。借助這項技術順著這個方向進行研究是非常有趣的。”

在2008年，麻省理工學院的帕克和莫妮卡領導下的研究人員發現，當紅細胞感染瘧原蟲時，它們的振動減弱，很顯然這是由于感染導致細胞變得僵硬。

楊說：“這項金納米粒子技術最終或許可以讓我們探測到這樣的變化。這項創造性的技術將為我們打開新的研究領域。”

你有沒有想過一個病毒聽起來像什么，或者一個細菌在宿主之間游走會發出什么噪音？如果答案是肯定的，那么由于世界上最小耳朵的發明，你或許很快就有機會搞清這一切。“納米耳”——被一道激光束俘獲的金微粒——能夠探測到僅為人類聽覺閾值一百萬分之一的聲音。研究人員認為，這項研究將開啟“聲學顯微術”的一個全新領域，后者是利用生物體釋放的聲音對其進行研究的一門科學。

納米耳的概念起源于1986年被稱為光鑷子的一項發明。這種鑷子利用一個透鏡將一道激光束聚焦到一點，從而能夠抓住微粒并移動它們。光鑷子已經成為分子生物學和納米技術的一種標準工具，幫助研究人員向細胞內注入脫氧核糖核酸（DNA），甚至在DNA注入后對其進行操作。光鑷子還能夠用來測量作用于微觀粒子上的極小的力；一旦你用激光束控制住你的粒子——而不是由你來讓其移動，你便只須用一臺顯微鏡或其他合適的觀測設備觀察它是否在自動地運動。這也正是納米耳遵循的道路。

聲波隨著它們經過的介質粒子的前后移動來傳播。因此為了探測聲音，你需要對這種前后運動進行測量。德國慕尼黑大學光子學與光電學研究團隊的光物理學家Jochen Feldmann和同事將一個直徑60納米的金微粒浸入水中，并用光鑷子夾住了它。

Feldmann的研究團隊記錄并分析了該粒子響應聲振動所產生的運動——這種聲振動由在附近水中的其他金納米粒子的激光感應加熱所導致。除了具有前所未有的敏感性外，他們的納米耳還能夠計算聲音來自于哪個方向。研究人員提出，使納米耳的三維陣列一道工作將能夠用來監聽細胞或微生物，例如細菌和病毒，隨著運動和呼吸，它們都能夠釋放出非常微弱的聲振動。Feldmann表示：“這里顯然存在著醫學上的可能性，我們可以用其來研究適當的人群，但我們首先必須搞清它是如何工作的。”

丹麥哥本哈根市玻爾研究所光鑷子實驗室的生物物理學家Lene Oddershede對此印象深刻，并推測這篇論文會激發該領域的其他科學家在研究微生物時尋求聲波的幫助。她說：“這真是一個有趣的想法，并且我們很容易做到這一點，但我們之前從未進行過任何嘗試。”然而Oddershede警告說，“我只能說這篇論文從這個意義上將是很鼓舞人心的”，但在超聲顯微鏡變為現實之前，這項試驗的設置還需要顯著細化，以改進其區分來自隨機分子運動的聲波的能力。但她對此表示樂觀：“我相信他們能夠相當快地改進這一設備。”